Fortschritt in der Medizin: 3D-gedruckte Implantate

Neue Wege zu beschreiten, ist ein wesentlicher Bestandteil der Medizingeschichte. Stets haben sich die Kenntnisse erweitert und immer neue Umwälzungen sorgten für bahnbrechende Entwicklungen, die Heilmethoden hervorbrachten, die so mancher Seuche das Handwerk legten und bei unzähligen Gebrechen Erleichterung versprachen. Doch in einer Welt, in der sich die Technik mit rasanter Geschwindigkeit zu immer neuen Ufern vorwagt, stehen der medizinischen Forschung Möglichkeiten offen, die Therapieformen hervorbringen, die bisher undenkbar waren. Die Erfindung des 3D-Drucks hat nun zu Implantaten geführt, die spezifisch auf das jeweilige Problem angepasst werden können.

Es ist ausgedruckt

Schon heute – obwohl sich die Forschung und Entwicklung der Technologie immer noch in den Kinderschuhen bewegt – zeigt der 3D-Druck seine Vorteile. Maßgefertigte Implantate müssen nicht mehr bestellt oder in Serienfertigungen auf Vorrat gelagert werden. Praktisch in jeder Klinik kann nun das passende „Ersatzteil“ in absoluter Präzision hergestellt werden. In der Chirurgie macht das Verfahren schon jetzt einen Großteil der medizinischen Versorgung aus, denn Frakturen können mit Implantaten geschient werden, die keine Beeinträchtigung in der Bewegungsfreiheit des Patienten verursachen. Erst kürzlich wurde einer Patientin in China ein künstlicher Wirbel aus Titan eingesetzt. Dieser konnte perfekt auf die körperlichen Eigenschaften angepasst werden, denn auch er stammte aus einem 3D-Drucker.

Auch Zahnmediziner sehen sich einer neuen Ära gegenüber. Mussten Zahnimplantate und Brücken früher mühevoll mit dem Laser oder von Hand gefertigt werden, erledigt die Aufgabe heute ebenfalls ein 3D-Drucker. Ein Drücken oder Verrutschen gehört damit für den Patienten der Vergangenheit an. Doch noch sind längst nicht alle Zahnlabore mit der Technik ausgerüstet, bis der 3D-Druck flächendeckend zum Einsatz kommt, wird hier noch einige Zeit vergehen.

Schicht für Schicht

Was bei Knochen oder anderen harten Substanzen möglich ist, ist auch für andere Organe nicht ausgeschlossen. In der Herzchirurgie zeigte sich bereits, dass gedruckte Herzklappen den natürlichen Organen in nichts nachstehen. Egal um welche Struktur es sich handelt – das Verfahren ist dabei immer das Gleiche:

Ein vertikal montierter Druckkopf baut aus biologischen oder synthetischem Material das entsprechende Implantat aus Kunststoff auf. Der Vorgang vollzieht sich schichtweise, quasi so als würde ein Legostein auf einen anderen gesetzt werden, bis die vollständige Figur fertig ist. Noch dauert das Verfahren, je nach Größe und Art des Implantates, zumeist mehrere Stunden bis hin zu Tagen. Doch aktuelle Entwicklungen zielen darauf ab, diesen Prozess deutlich zu beschleunigen. Auch neue Kunststoffe tragen einen wesentlichen Aspekt zu dem Fortschritt bei.

Von hochelastisch bis knochenhart

Ein aktuelles Stichwort bei Implantaten ist hierbei der „hyperelastische Knochen“. Das Material wurde von Wissenschaftlern in den USA entwickelt und besteht aus Hydroxylapatit – einer Kalziumform, welche so auch in menschlichen Knochen vorhanden ist. Das Bahnbrechende an der Entwicklung: Das Material besitzt die selbe Härte wie ein gewöhnlicher Knochen, ist aber um ein vielfaches elastischer, was somit auch den Einsatz bei Kindern ermöglicht. Bisherige Implantate versagten hier dadurch, dass sie dem Wachstumsprozess nicht standhalten konnten. Mit dem „hyperplastischen Knochen“ aus dem 3D-Drucker wird sich das nun aber ändern.

Genau das Gegenteil trifft dabei auf den Kunststoff PEEK (Polyetheretherketon) zu. Dieser verfügt über die bei Knochen übliche Elastizität und weist eine enorme Härte auf. Bereits Anfang des Jahres wurde das Material als Filament für den medizinischen 3D-Druck zertifiziert. In Zukunft soll es für die Fertigung von Prothesen, Zahnersatz und medizinischen Werkzeugen herangezogen werden. Ein weiterer Schwerpunkt der Entwicklung wird bei der dauerhaften Verwendung von gedruckten Implantaten im menschlichen Körper liegen. Für den Zweck wird derzeit an Kunststoffen gearbeitet, die nicht nur im Wachstum genutzt werden können. Auch die Herstellung von gedruckten Implantaten aus körpereigenem Gewebe, wird weiter ein primärer Bestandteil der Forschungsarbeit sein.

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